一种具有自修复功能的复合膜的制备方法、产品及应用技术

本发明专利技术公开了一种具有自修复功能的复合膜的制备方法、产品及应用，涉及金属材料表面处理技术领域。方法包括以下步骤：将钴盐、钨盐、络合剂、缓冲剂加入到水中得到混合溶液，调节pH值至酸性，得到酸性溶液；向酸性溶液中加入铈氧化物和表面活性剂，得到电解液体系；将金属基材置于电解液体系中进行电沉积，得到具有自修复功能的复合膜。本发明专利技术通过在金属材料基底上进行恒电位复合电沉积，最终在金属材料表面形成了具有自修复功能的、厚度在6

【技术实现步骤摘要】
一种具有自修复功能的复合膜的制备方法、产品及应用


[0001]本专利技术涉及金属材料表面处理
，特别是涉及一种具有自修复功能的复合膜的制备方法、产品及应用。

技术介绍

[0002]金属材料具有较好的导电性、导热性、延展性、耐腐蚀性、耐磨性等优良性质，被广泛地应用于电力、电子、能源、石化、机械、冶金、交通、轻工和新兴产业等领域。但是金属材料制造的器件在使用过程中不可避免地会受到机械应力而被破坏，表面易形成微裂痕，甚至颗粒粉碎，从而影响性能，缩短使用寿命。因此，在实际应用中对金属材料进行适当的表面处理以修复其表面的裂痕，从而提高其服役能力，已成为必不可少的工艺之一。器件内部产生的微裂痕问题不易观测和修复。受自然界生物系统在受损后可自我修复的启发，例如人体皮肤的伤口可以随时间变化进行自我修复，将这种自修复性质引入到光电器件中，使其在受到破坏的时候可以自发愈合，就能够有效地延长器件的使用寿命，并提高安全性。目前的自愈合复合材料可分为三类：微胶囊、血管基和固有自愈合材料。微胶囊自愈合材料含有能够填充和闭合裂痕的液体，当材料损坏时，裂痕会导致一些胶囊破裂，释放液体，缩小间隙，但是由于愈合剂的数量有限，其愈合效果具有不确定性；血管基自愈合材料与微胶囊自愈合材料具有相似的机制，但由于制造技术的不成熟，对这一课题的研究发展缓慢；固有自愈合材料通过化学或物理粘合的固有可逆性而不是结构设计来愈合，但由于其性能的不确定性，这些产品尚未被用于实际应用。
[0003]因此，开发一种具有自修复功能的复合膜(镀层)来延长金属的使用寿命，对金属材料表面处理
具有重要意义。

技术实现思路

[0004]基于上述内容，本专利技术提供一种具有自修复功能的复合膜的制备方法、产品及应用，以复合膜作为金属镀层，能够在产生裂痕时，在腐蚀介质Cl
‑
存在的情况下，实现自修复(自愈合)。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0006]本专利技术技术方案之一，一种具有自修复功能的复合膜的制备方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1，将钴盐、钨盐、络合剂、缓冲剂加入到水中得到混合溶液，调节pH值至酸性，得到酸性溶液；
[0008]步骤2，向所述酸性溶液中加入铈氧化物和表面活性剂，得到电解液体系；
[0009]步骤3，将金属基材置于所述电解液体系中进行电沉积，得到所述具有自修复功能的复合膜。
[0010]进一步地，步骤1中，所述钴盐、钨盐、络合剂、缓冲剂的质量比为15
‑
20：8
‑
10：25
‑
30：4
‑
8。
[0011]钴盐与钨盐在金属材料基体上可形成钴钨合金，提高金属材料基体的耐蚀、耐热
和耐磨等性能；络合剂在本专利技术中起到亮化、平整化和缓冲作用；缓冲剂在本专利技术中起到缓冲和改良作用。
[0012]进一步地，步骤1中，所述调节pH值具体为调节pH值至4
‑
6。
[0013]pH值过高会使镀层产生裂纹，pH值过低会对镀层生长起到抑制作用，使薄膜的厚度降低。
[0014]进一步地，步骤2中，所述酸性溶液的温度为40
‑
60℃。
[0015]温度过高或过低都会使镀层产生裂纹。
[0016]进一步地，步骤2中，所述铈氧化物与所述表面活性剂的质量比为1
‑
2:8。
[0017]进一步地，所述钴盐与所述铈氧化物的质量比为15
‑
20:1
‑
2。
[0018]进一步地，所述钴盐、钨盐、柠檬酸氢二铵、乙酸铵、铈氧化物和表面活性剂在溶液中的浓度分别为15
‑
20g/L、8
‑
10g/L、25
‑
30g/L、4
‑
8/L、1
‑
2g/L、8g/L。
[0019]进一步地，所述钴盐为硫酸钴；所述钨盐为钨酸钠；所述络合剂为柠檬酸氢二铵；所述缓冲剂为乙酸铵；所述铈氧化物为二氧化铈；所述表面活性剂为十二烷基磺酸钠。
[0020]进一步地，所述二氧化铈的粒径为500nm
‑
1μm；
[0021]进一步地，步骤3中，所述电沉积具体为：采用恒电位进行复合电沉积，对电极为铂片，使用饱和氯化钾溶液、盐桥和甘汞电极的三电极体系在转速为100
‑
200r/min的搅拌条件下沉积，电位为
‑
1.0～
‑
1.2V，3000
‑
3600s后取出。
[0022]所述复合电沉积后还包括水洗、撕掉绝缘胶带、干燥的步骤，所述干燥为冷风吹干。
[0023]本专利技术技术方案之二，利用上述的制备方法制备得到的具有自修复功能的复合膜。
[0024]本专利技术技术方案之三，上述的具有自修复功能的复合膜在金属材料表面处理中的应用。
[0025]进一步地，利用电沉积的方式在金属材料表面沉积所述具有自修复功能的复合膜。
[0026]上述复合膜有裂痕时在空气中暴露7天，裂痕不愈合；上述复合膜有裂痕时置于腐蚀介质Cl
‑
环境中7天，裂痕愈合。这是因为在腐蚀环境下，镀层破损处发生离子交换和溶解，形成物理屏障，实现自修复并兼具耐蚀性。
[0027]本专利技术技术构思：
[0028]使金属材料具有裂痕自修复性可以从防止材料产生裂痕和材料出现裂痕后的自修复两方面考虑。一方面，研究发现，裂痕出现的初期主要是内应力的产生，采取适当的表面处理技术将内应力释放可在使用过程中抑制应力集中，进而防止材料裂痕增大甚至断裂。另一方面具有自修复功能的镀层可以根据自修复机理来设计，自修复主要是通过模拟自然界生物系统损伤自修复的机理，在材料受损时能够进行自我修复。自修复材料可以感受外界环境的变化，集感知、驱动和信息处理于一体。因此，开发一种具有自修复功能的复合膜，使其具有良好的裂痕自修复功能，具有十分重要的意义。
[0029]本专利技术公开了以下技术效果：
[0030](1)本专利技术通过在金属材料基底上进行恒电位复合电沉积，利用钴钨共沉积，最终在金属材料表面形成了具有自修复功能的、厚度在6
‑
8μm的微米级复合膜，该复合膜连续完
整、结构致密，硬度为251.0HV，当表面产生裂痕时，置于3.5wt.％的NaCl溶液中7天，即在腐蚀介质Cl
‑
存在的情况下，裂痕愈合。
[0031](2)本专利技术在现有的钴盐与钨盐形成酸性溶液的基础上，采用两种盐结合的方式，钴盐与钨盐在金属材料上可形成钴钨合金，具有很好的耐蚀、耐热和耐磨等性能，能大大提高基体耐磨性，达到延缓裂痕产生的效果。二氧化铈颗粒本身不溶于水，本专利技术利用十二烷基磺酸钠，与二氧化铈颗粒形成混合溶液，一方面二氧化铈可以起到利用Ce
4+
/Ce
3+
铈元素的价态变化而产本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有自修复功能的复合膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，将钴盐、钨盐、络合剂、缓冲剂加入到水中得到混合溶液，调节pH值至酸性，得到酸性溶液；步骤2，向所述酸性溶液中加入铈氧化物和表面活性剂，得到电解液体系；步骤3，将金属基材置于所述电解液体系中进行电沉积，得到所述具有自修复功能的复合膜。2.根据权利要求1所述的一种具有自修复功能的复合膜的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述钴盐、钨盐、络合剂、缓冲剂的质量比为15
‑
20：8
‑
10：25
‑
30：4
‑
8。3.根据权利要求1所述的一种具有自修复功能的复合膜的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述调节pH值具体为调节pH值至4
‑
6。4.根据权利要求1所述的一种具有自修复功能的复合膜的制备方法，其特征在于，步骤2中，所述酸性溶液的温度为40
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：胡郑妍，卫国英，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：